2022年电力电子教案第一章.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第 1章名师精编优秀教案电力电子器件重点：1. 各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应留意的一些问题；最重 要的是把握其基本特性；2. 电力电子器件的驱动、爱护和串、并联使用；3. 把握电力电子器件的型号命名法,以及其参数和特性曲线的使用方法,这是在实际中正 确应用电力电子器件的两个基本要求；4. 由于电力电子电路的工作特点和详细情形的不同,可能会对与电力电子器件用于同一主 电路的其它电路元件,如变压器、电感、电容、电阻等,有不同于一般电路的要求；主要内容 : 1.1 电力电子器件概述 1.1.1 电力电子器件的概念和特点1

2、主电路 （main power circuit 任务的电路）电气设备或电力系统中,直接承担电能的变换或掌握2 电力电子器件 （power electronic device ）可直接用于处理电能的主电路中,实现电能的变换或掌握的电子器件3 电力电子器件的一般特点： 能处理大电功率：其处理电功率的才能小至毫瓦级,大至兆瓦级 , 大多都远大于处理信息的电子器件；电力电子器件一般都工作在开关状态；导通时（通态）阻抗很小,接近于短路,管压降接近于零,而电流由外电路打算；阻断时（断态）阻抗很大,接近于断路,电流几乎为零,而管子两端电压由外电路打算； 有用中,电力电子器件往往需要由信息电子电路来掌握；在主

3、电路和掌握电路之间,需要肯定的中间电路对掌握电路的信号进行放大,这就是电力电子器件的 驱动电路； 其工作时一般都要安装散热器；导通时器件上有肯定的通态压降,形成通态损耗,阻断时器件上有微小的断态漏电流流过,形成断态损耗,器件开关频率较高时,开关损耗会 随之增大而可能成为器件功率损耗的主要因素安装散热器保证不致于因损耗散发的热 量导致器件温度过高而损坏；1.1.2 应用电力电子器件的系统组成电力电子系控检测V1电路统：由掌握电路、 驱动电路和以电力电子器件为核心的制LR主电路组成；掌握电路通过检测电路按系统的工作要求形成掌握信电驱动V2 主电路号,通过驱动电路去掌握主电路中电力电子器件的通或路电

4、路断,来完成整个系统的功能；电力电子系统主要是由主电路和掌握电路组成的；名师归纳总结 主电路中的电压和电流一般都较大,而掌握电路的元器件只能承担较小的电压和电流,因此第 1 页,共 16 页在主电路和掌握电路连接的路径上,一般需要进行 电气隔离 ,通过其它手段如光、磁等来传递信号；由于主电路中往往有电压和电流的过冲,而电力电子器件一般比主电路中一般的元器件要昂贵, 但承担过电压和过电流的才能却要差一些,因此, 在主电路和掌握电路中附- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 优秀教案加一些 爱护电路 ,以保证电力电子器件和整个电力电子系统正常牢靠运行；

5、1.1.3 电力电子器件的分类（1）根据器件能够被掌握电路信号所掌握的程度,分为以下三类：半控型器件 通过掌握信号可以掌握其导通而不能掌握其关断包括晶闸管 （Thyristor ）及其大部分派生器件；流打算；器件的关断由其在主电路中承担的电压和电全控型器件 通过掌握信号既可掌握其导通又可掌握其关断,又称自关断器件包括 绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor IGBT ）电力场效应晶体管（Power MOSFET,简称为电力 MOSFET ）门极可关断晶闸管 （Gate-Turn-Off Thyristor GTO 不行控器件 不能用掌握信号来掌握其

6、通断,因此也就不需要驱动电路；包括 电力二极管（ Power Diode ）,只有两个端子,器件的通和断是由其在主电路中承担的电压和电流打算的（2）根据驱动电路加在器件掌握端和公共端之间信号的性质,分为两类：1电流驱动型 通过从掌握端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的掌握；2电压驱动型 仅通过在掌握端和公共端之间施加肯定的电压信号就可实现导通或者关 断的掌握； （3）根据器件内部电子和空穴两种载流子参加导电的情形分为三类：单极型器件 由一种载流子参加导电的器件 双极型器件 由电子和空穴两种载流子参加导电的器件 复合型器件 由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件 1.2 不行控器件：电力二

7、极管1.2.1 PN 结与电力二极管的工作原理基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样,以半导体 PN 结为基础,由一个面积较大的 PN 结和两端引线以及封装组成的；从形状上看,主要有螺栓型和平板型；PN结的正向导通状态 电导调制效应使得 PN结在正向电流较大时压降仍旧很低,维护在 1V左右,所以正向偏置的 PN结表现为低阻态；PN 结的反向截止状态 PN 结的单向导电性,二极管的基本原理就在于 PN 结的单向导电性这一主要特点,PN 结的反向击穿 ,有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式,可能导致热击穿；结电容的影响： 势垒电容只在外加电压变化时才起作用,外加电压频率越高,势垒电容作用越明显；

8、而扩散电容仅在正向偏置时起作用；在正向偏置时,当正向电压较低时,势垒电容为主；正向电压较高时,扩散电容为结电容主要成分；结电容影响PN 结的工作频率,特别是在高速开关的状态下,可能使其单向导电性变差,甚至不能工作,应用时应加以留意；造成电力二极管和信息电子电路中的一般二极管区分的一些因素：. 正向导通时要流过很大的电流,其电流密度较大,因而额外载流子的注入水平较高,电导 调制效应不能忽视；. 引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响；名师归纳总结 . 承担的电流变化率di /d t 较大,因而其引线和器件自身的电感效应也会有较大影响；第 2 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料

9、- - - - - - - - - 名师精编 优秀教案. 为了提高反向耐压,其掺杂浓度低也造成正向压降较大；1.2.2 电力二极管的基本特性）I1. 静态特性（ 电力二极管伏安特性图主要指其伏安特性IF当电力二极管承担的正向电压大到肯定值（门槛电压 U TO）,正向电流才开头明显增加,处于稳固导通状态；与正向电流IF 对应的电力二极管两端OUTOUFU的电压 UF 即为其正向电压降；当电力二极管承担反向电压时,只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流；2. 动态特性因结电容的存在, 三种状态之间的转换必定有一个过渡过程,此过程中的电压电流特性是随时间变化的；开关特性 反映通态和断态之间的转换过

10、程；关断过程 ：须经过一段短暂的时间才能重新获得反向阻断才能,进入截止状态在关断之前有IF diF uUF dt t d trr tf UFP i iFtF t0 t1 t2 U R tdiR uF dt 2VIRP URP 0 tfr tb a关断过程 开通过程较大的反向电流显现,并相伴有明显的反向电压过冲；开通过程 ： 电力二极管的正向压降先显现一个过冲UFP,经过一段时间才趋于接近稳态降的某个值（如2V）；这一动态过程时间被称为正向复原时间tfr；电导调制效应起作用需肯定的时间来储存大量少子,达到稳态导通前管压降较大；正向电流的上升会因器件自身的电感而产生较大压降；电流上升率越大,UFP

11、 越高 ；1.2.3 电力二极管的主要参数1. 正向通态平均电流 I FAV 额定电流 在指定的管壳温度（简称壳温,用 大工频正弦半波电流的平均值 正向平均电流是根据电流的发热效应来定义的,流定额,并应留有肯定的裕量；TC 表示）和散热条件下,其答应流过的最 因此使用时应按有效值相等的原就来选取电当用在频率较高的场合时,开关损耗造成的发热往往不能忽视；当采纳反向漏电流较大的电力二极管时,其断态损耗造成的发热效应也不小；2. 正向压降 UF 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 优秀教案指电力二极管在指定温度下

12、,流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降；有时参数表中也给出在指定温度下流过某一瞬态正向大电流时器件的最大瞬时正向压降；3. 反向重复峰值电压 U RRM 指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压；通常是其雪崩击穿电压UB 的 2/3 ；两倍 来选定；使用时,往往根据电路中电力二极管可能承担的反向最高峰值电压的4. 最高工作结温TJM 结温 是指管芯 PN 结的平均温度,用TJ 表示最高工作结温 是指在 PN 结不致损坏的前提下所能承担的最高平均温度；TJM 通常在 125175 C 范畴之内；5. 反向复原时间 trr t rr= td+ t f,关断过程中,电流降到 6. 浪涌电流

13、 IFSM 0 起到复原反响阻断才能止的时间；指电力二极管所能承担最大的连续一个或几个工频周期的过电流；1.2.4 电力二极管的主要类型1. 一般二极管 （General Purpose Diode）又称整流二极管（Rectifier Diode ）,多用于开关频率不高（1kHz 以下）的整流电路中；其反向复原时间较长,一般在5ms 以上,这在开关频率不高时并不重要；正向电流定额和反向电压定额可以达到很高,分别可达数千安和数千伏以上；2. 快复原二极管 （Fast Recovery Diode FRD ）复原过程很短特殊是反向复原过程很短（工艺上多采纳了掺金措施；3. 肖特基二极管5ms 以下

14、）的二极管,也简称快速二极管,以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode SBD ）,简称为肖特基二极管肖特基二极管的弱点,当反向耐压提高时,其正向压降也会高得不能满意要求,因此多用于200V 以下,反向漏电流较大且对温度敏锐,因此反向稳态损耗不能忽视,而且必需更严格地限制其工作温度；肖特基二极管的优点 : 反向复原时间很短（1040ns ）,正向复原过程中也不会有明显的电压过冲,在反向耐压较低的情形下其正向压降也很小,明显低于快复原二极管,其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管仍要小,效率高； 1.3 半控型器件 晶闸管1.3

15、.1 晶闸管的结构与工作原理1. 结构：形状：形状有螺栓型和平板型两种封装对于螺栓型封装,通常螺栓是其阳极,能与散热器紧密联接且安装便利平板型封装的晶闸管可由两个散热器将其夹在中间图形符号：阳极 A、阴极 K 和门极（掌握端）G三端元件；2工作原理：名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 优秀教案导通条件： 晶闸管的阳极与阴极之间加正向电压时,才能开通；晶闸管一旦导通,门极就失去掌握作用；仅在门极有触发电流的情形下晶闸管截止条件：要使晶闸管关断,只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值（维护电流）以下 ；承担反

16、向电压时,不论门极是否有触发电流,晶闸管都不会导通；1.3.2 晶闸管的基本特性- UAU RSMU RRMI A正向I G1I G=0+ UA1. 晶闸管的伏安特性正向特性 （第 I 象限） :IG=0 时,器件两端施I H导通IG2加正向电压,正向阻断状态,只有很小的正向漏电流流过,正向电压超过临界极限即正向转折电压 Ubo,就漏电流急剧增大,器件开通；随着门雪崩OUDRM U boUDSM极电流幅值的增大,正向转折电压降低；击穿导通后的晶闸管特性和二极管的正向特性相仿晶闸管本身的压降很小,在 1V左右- I A导通期间,假如门极电流为零,并且阳极电流降至接近于零的某一数值 I H 以下,

17、就晶闸管又回到正向阻断状态；IH称为维护电流；反向特性 第 III 象限 ：晶闸管上施加反向电压时,伏安特性类似二极管的反向特性；门极伏安特性 :晶闸管的门极触发电流从门极流入晶闸管,从阴极流出,为保证牢靠、安全的触发,触发电路所供应的触发电压、电流和功率应限制在牢靠触发区；2. 动态特性 1 开通过程 : 推迟时间 td：门极电流阶跃时i A 100% 90%刻开头, 到阳极电流上升到稳态值的 10% 的时间10%tdtrIRMt上升时间 tr：阳极电流从10%0 uAK上升到稳态值的90% 所需的时间Ot开通时间 tgt 以上两者之和,tgt=td+tr普 通 晶 闸 管 延 迟 时 间

18、为0.51.5ms , 上 升 时 间 为trrURRMtgr0.53ms2 关断过程：名师归纳总结 反向阻断复原时间trr ：正向电流降为零到反向复原电流衰减至接近于零的时间；第 5 页,共 16 页正向阻断复原时间tgr：晶闸管要复原其对正向电压的阻断才能仍需要一段时间；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 优秀教案关断时间 tq：trr 与 tgr 之和,即 tq=trr+tgr一般晶闸管的关断时间约几百微秒；3晶闸管的损耗 : 通态损耗 :晶闸管在稳固导通期的功率损耗 . 断态损耗 :晶闸管在稳固断态期的功率损耗；开通损耗 :开通过程中显

19、现的较大瞬时功率损耗；关断损耗 :关断过程中显现的较大瞬时功率损耗；1.3.3 晶闸管的主要参数1. 电压定额1 断态重复峰值电压UDRM在门极断路而结温为额定值时,答应重复加在器件上的正向峰值电压；2 反向重复峰值电压 URRM 在门极断路而结温为额定值时,答应重复加在器件上的反向峰值电压；3 通态（峰值）电压 UTM晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压；通常取晶闸管的 UDRM和 URRM中较小的标值作为该器件的额定电压；选用时,额定电压要留有肯定裕量 , 一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承担峰值电压 23 倍；2. 电流定额1通态平均电流 ITAV额定电流 -晶闸管

20、在环境温度为40C 和规定的冷却状态下,稳固结温不超过额定结温时所答应流过的最大工频正弦半波电流的平均值；使用时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原就来选取晶闸管 应留肯定的裕量,一般取 1.52 倍；2维护电流 I H 使晶闸管维护导通所必需的最小电流；能维护导通所需的最小电 3擎住电流 I L 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后,流；对同一晶闸管来说,通常 I L 约为 I H 的 24 倍4）浪涌电流 I TSM 指由于电路反常情形引起的,并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流；3. 动态参数名师归纳总结 除开通时间tgt 和关断时间tq 外,仍有：第 6 页,共 16

21、页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1断态电压临界上升率名师精编优秀教案不导致晶闸管从断态到du/dt 指在额定结温顺门极开路的情形下,通态转换的外加电压最大上升率；2 通态电流临界上升率di /d t指在规定条件下,晶闸管能承担而无有害影响的最大通态电流上升率；1.3.4 晶闸管的派生器件1. 快速晶闸管（ Fast Switching Thyristor FST ）包括全部专为快速应用而设计的晶闸管,有快速晶闸管和高频晶闸管；一般晶闸管关断时间数百微秒,快速晶闸管数十微秒,高频晶闸管10ms 左右；IG=0高频晶闸管的不足在于其电压和电流定额I都不

22、易做高；由于工作频率较高,选择通态平均电流时T1不能忽视其开关损耗的发热效应；2. 双向晶闸管（Triode AC OUSwitch TRIAC或Bidirectional GT2triode thyristor）可认为是一对反并联联接的一般晶闸管的集成,有两个主电极T1 和 T2,一个门极abG 正反两方向均可触发导通,所以双向晶闸管在第和第III 象限有对称的伏安特性与一对反并联晶闸管相比是经济的,且掌握电路简洁,在沟通调压电路、 固态继电器 （Solid State Relay SSR ）和沟通电机调速等领域应用较多；通常用在沟通电路中,因此不用平均值而用有效值来表示其额定电流值；3.

23、逆 导 晶 闸 管 （ Reverse Conducting GKIOIG=0Thyristor RCT ）将晶闸管反并联一个二极管制作在同一管芯上的功率集成器件；具有正向压降小、 关断时间短、 高温特性好、U额定结温高等优点；逆导晶闸管的额定电流有两个,一个是晶闸A管电流,一个是反并联二极管的电流；4. 光 控 晶 闸管 （ Light Triggered abThyristor LTT ）又称光触发晶闸管,是利用肯定波长的光照信号触发导通的晶闸管；小功率光控晶闸管只有阳极和阴极两个端子；大功率光控晶闸管就仍带有光缆,光缆上装有作为触发光源的发光二极管或半导体激光器,光触发保证了主电路与掌握

24、电路之间的绝缘,且可防止电磁干扰的影响,因此目前在高压大功率的场合,如高压直流输电和高压核聚变装置中,占据重要的位置； 1.4 典型全控型器件 典型代表 门极可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管；一 、门极可关断晶闸管 （Gate-Turn-Off Thyristor GTO）1 特点：（1）导通时饱和不深,接近临界饱和,有利门极掌握关断,但导通时管压降增大名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - （2）多元集成结构使名师精编优秀教案P2 基区横向电阻GTO元阴极面积很小,门、阴极间距大为缩短,使得

25、很小,能从门极抽出较大电流关断过程： 剧烈正反馈 门极加负脉冲即从门极抽出电流,tft5ttt6t就 Ib2减小,使 IK和 Ic2减小, Ic2的减小又使IA和 Ic1减小,又进一步减小V 2 的基极电流；当 IA和 IK的减小到肯定程度时, 器件退出饱和而关断；iG多元集成结构仍使GTO 比一般晶闸管开通过程快,承受 di/dt 才能强；O2. GTO 的动态特性开通过程： 与一般晶闸管类似,需经过推迟时间t dt和上升时间t r 开通 : 推迟时间 t d, 上升时间t r ,iAtdtrtsIA90%IA与晶闸管相同；10%IA关断 : 储存时间t s: 抽取饱和导通时储存的大量载0t

26、0t 1t2t3t4流子的时间 ,GTO 电流不变；图1-14t f : 下降时间：阳极电流逐步减小的时间；t t : 尾部时间：残存载流子复合所需的时间；3. GTO 的主要参数很多参数和一般晶闸管相应的参数意义相同,以下只介绍意义不同的参数1 最大可关断阳极电流 I ATO ：GTO额定电流；I AT O2 电流关断增益 b： off：offI GM最大可关断阳极电流 I ATO与门极负脉冲电流最大值 I Gm之比称为电流关断增益；3 开通时间 t on ： t on=t d+t r ,推迟时间 td 一般约 1-2s ,上升时间 tr 就随通态阳极电流值的增大而增大；4 关断时间 tof

27、f toff=ts+tf,不包括尾部时间；GTO的储存时间 ts 随阳极电流的增大而增大,下降时间 tf 一般小于 2s；4GTO的优缺点：电压电流容量大,适合于大功率场合,具有电导调制效应,其通流才能很强；电流关断增益很小,关断时门极负脉冲电流大,开关速度低,驱动功率大,驱动电路复杂,开关频率低；二、电力晶体管 （Giant Transistor 耐高电压、大电流的双极结型晶体管（也称为 Power BJT GTR ,直译为巨型晶体管）Bipolar Junction Transistor BJT ）,英文有时候在电力电子技术的范畴内,GTR 与 BJT 这两个名称等效应用名师归纳总结 20

28、 世纪80 岁月以来,在中、小功率范畴内取代晶闸管,但目前又大多被IGBT和电力第 8 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 优秀教案MOSFET 取代1. GTR 的结构和工作原理 2. GTR 的基本特性 1 静态特性：与一般的双极结型晶体管基本原理是一样的；共发射极接法时的典型输出特性：截止区、放大区和饱和区在电力电子电路中 GTR 工作在开关状态,即工作在截止区或饱和区在开关过程中,即在截止区和饱和区之间过渡时,要经过放大区；2动态特性储存时间 ts 和下降时间tf,二者之和为关断时间toff 关断过程（显示图）toff

29、= ts + tfGTR 的开关时间在几微秒以内,比晶闸管和 GTO 都短很多；3. GTR 的主要参数前已述及：电流放大倍数 ,直流电流增益 hFE、集射极间漏电流 I ceo、集射极间饱和压降 Uces 、开通时间 t on 和关断时间 t off 外仍有：1 最高工作电压 GTR 上电压超过规定值时会发生击穿BUcbo BUcex BUces BUcer Buceo 实际使用时,为确保安全,最高工作电压要比 BUceo低得多；2集电极最大答应电流 IcM实际使用时要留有裕量,只能用到 IcM 的一半或稍多一点1. GTR 的二次击穿现象与安全工作区一次击穿：集电极电压上升至击穿电压时,I

30、c迅速增大,显现雪崩击穿,只要二次击穿： 一次击穿发生时Ic 不超过限度, GTR 一般不会损坏,工作特性也不变；Ic 增大到某个临界点时会突然急剧上升,并相伴电压的陡然下降,将导致器件的永久损坏,或者工作特性明显衰变；安全工作区（Safe Operating Area SOA）最高电压 UceM、集电极最大电流 I cM、最大耗散功率 PcM、二次击穿临界线限定；5GTR的优缺点：耐压高,开关特性好,通流才能强,饱和压降低；开关速度低,为电流驱动,所需驱动功率大,驱动电路复杂,存在二次击穿问题；三、电力场效应晶体管名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 16 页精选学习资料

31、- - - - - - - - - 主要指绝缘栅型中的名师精编优秀教案MOS 型（ Metal Oxide Semiconductor FET ）电力 MOSFET的结构（ 图 1-19 ）导通时只有一种极性的载流子（多子）参加导电,是单极型晶体管；电力 MOSFET的工作原理 （1）加正向电压：截止： 漏源极间加正电源,栅源极间电压为零P 基区与 N 漂移区之间形成的 导电： 在栅源极间加正电压PN 结 J1 反偏,漏源极之间无电流流过；UGS,栅极是绝缘的,所以不会有栅极电流流过；但栅极的正电压会将其下面 P 区中的空穴推开, 而将 P 区中的少子电子吸引到栅极下面的 P 区表面当 UGS

32、大于 UT（开启电压或阈值电压）时,使 P 型半导体反型成 N 型而成为 反型层 ,该反型层形成 N沟道而使 PN结 J1 消逝,漏极和源极导电； （2）加反向电压时 :D-S 之间有一 PN节,加反压时二极管导通,MOSFET 是一个逆导型器件；2. 电力 MOSFET 的基本特性静态特性转移特性 ; 漏极电流ID和栅源间电压 UGS的关系称为 MOSFET的转移特性；漏极伏安特性（输出特性）：截止区（对应于 GTR的截止区）饱和区（对应于 GTR的放大区）非饱和区（对应于 GTR的饱和区）电力 MOSFET工作在开关状态,即在截止区和非饱和区之间来回转换；电力 MOSFET的通态电阻具有正

33、温度系数,对器件并联时的均流有利；2 动态特性名师归纳总结 +U Eup第 10 页,共 16 页RLOt开通过程（开关过程图）RsRGuGSRFiDuGS uGSPuTOiDt开通推迟时间tdon upupiD信号前沿时刻到uGS=UT 并开头Otdontrtdofftfta）b显现 iD 的时刻间的时间段图1-21上升时间 t r uGS从 uT上升到 MOSFET进入非饱和区的栅压UGSP的时间段i D 稳态值由漏极电源电压UE 和漏极负载电阻打算；UGSP 的大小和 iD 的稳态值有关；UGS达到 UGSP后,在 up 作用下连续上升直至达到稳态,但i D已不变；- - - - - -

34、 -精选学习资料 - - - - - - - - - 开通时间 t on名师精编优秀教案t doff up 下降到零起,t on=t don +t r 关断过程 关断推迟时间Cin 通过 Rs 和 RG放电, uGS按指数曲线下降到UGSP时, i D开头减小止的时间段下降时间t f uGS从 UGSP连续下降起, i D减小,到 uGS20V 将导致绝缘层击穿4极间电容 极间电容 CGS、CGD和 CDS输入电容可近似用 Ciss 代替 这些电容 ,都是非线性的 . 5安全工作区 :漏源间的耐压、漏极最大答应电流和最大耗散功率打算了电力MOSFET 的安全工作区一般来说,电力 MOSFET

35、不存在二次击穿问题 ,这是它的一大优点； 实际使用中仍应留意留适当的裕量 MOSFET 的优缺点：用栅极电压来掌握漏极电流,驱动电路简洁, 需要的驱动功率小；开关速度快, 工作频率高,不存在二次击穿的问题电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW 的电力电子装置；四、绝缘栅双极晶体管GTR和 GTO的特点 双极型,电流驱动,有电导调制效应,通流才能很强,开关速度较低,所需驱 动功率大,驱动电路复杂MOSFET 的优点 单极型,电压驱动,开关速度快,输入阻抗高,热稳固性好,所需驱动功率小而且驱动电路简洁名师归纳总结 两类器件取长补短结合而成的复合器件Bi-MOS 器件 IGBT 或 IG

36、T）第 11 页,共 16 页绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - GTR 和 MOSFET名师精编优秀教案1986 年投入市场后,取代了复合,结合二者的优点,具有很好的特性GTR 和一部分 MOSFET 的市场 ,中小功率电力电子设备的主导器件连续提高电压和电流容量,以期再取代 GTO 的位置；1IGBT 的结构和工作原理结构 :三端器件：栅极 G、集电极 C 和发射极 E；IGBT 的结构N 沟道 VDMOSFET 与 GTR 组合 N 沟道 IGBT （ N-IGBT

37、 ）IGBT 比 VDMOSFET 多一层 P+注入区,形成了一个大面积的 的调制电阻 IGBT 的原理P+N 结 J1RN 为晶体管基区内a. 导通：,uGE大于开启电压 UGEth 时, MOSFET 内形成沟道,为晶体管供应基极电流,IGBT 导通 b.关断：栅射极间施加反压或不加信号时,MOSFET 内的沟道消逝,晶体管的基极电流被切断,IGBT 关断 c.导ICUGEthUGEURM反向阻断区IC饱b有源区UGE增加通压降：电导调制效应使电阻RN减小,使通态压降小和2. IGBT 的基本特性OO区正向阻断区1IGBT 的静态特性UGEth转移特性 I C与 UGE间的关UFM UCE

38、系,与 MOSFET转移特性类似a开启电压 UGEth IGBT能实现电导调制而导通的最低栅射电压UGEth 随温度上升而略有下降,在 +25C时,UGEth的值一般为26V；输出特性 （伏安特性） 以 UGE 为参考变量时,I C 与 UCE 间的关系 输出特性 为三个区域：正向阻断区、 有源区和饱和区； 分别与 GTR 的截止区、 放大区和饱和区相对应 uCE0时, IGBT 为反向阻断工作状态名师归纳总结 2IGBT的动态特性 IGBT的开通过U G Et d o n U G EMU CEotd o f ft ftt第 12 页,共 16 页程： 与 MOSFET 的相像,由于开通过程9

39、0%U G EMI CM10% U G EM0I C90% I CM中 IGBT 在大部分时间作为MOSFET 运行开关过程开通推迟时间t rtdon 从 uGE上升至其幅值10%的10%I CMto n U CEMt fv 2tfi1tfi2t o ff时刻,到 iC 上升至 10% I CM 电流上升时0U CE间t fv 1On t- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 优秀教案tr iC从 10%ICM上升至 90%ICM所需时间开通时间ton= tdon + tr ,uCE的下降过程分为tfv1 和 tfv2 两段；tfv1 IGBT 中 MOSFET 单独工作的电压下降过程；tfv2 MOSFET 和 PNP 晶体管同时工作的电压下降过程IGBT 的关断过程（开关过程图）关断推迟时间 tdoff 从 uGE 后沿下降到其幅值 90%的时刻起,到 iC 下降至 90% I CM电流下降时间 tf iC 从 90%I CM 下降至 10% ICM 关断时间 :toff=tdoff +tf 电流下降时间又可分为 tfi1 和 tfi2 两段；tfi1 IGBT 内部的 MOSFET 的关断过程, iC下降较快；tfi2 IGBT 内部的 PNP 晶体管的关断过程,iC下降较慢3.